Введение к работе
Актуальность темы. Поиски сред с аномально высокими нелинейными характеристиками начались сразу после возникновения нелинейной акустики твердого тела в начале 60 - годов. Они обусловили широкий круг исследований нелинейных явлений и механизмов акустической нелинейности в твердых телах с разнообразными физическими свойствами. Так, нелинейность упругой деформации изотрогаого тела связана с нелинейностью сил мекмолекулярного взаимодействия и приводит к нарушению закона Гука. Для кристаллических сред нелинейность. имеет более разнообразные проявления, дополнительно приводя к нелинейной зависимости механических напряжений от электрического (электрострикция) или магнитного (магнитострикция) полей, тока в полупроводнике от электрического полл (концентрационная нелинейность) и т.д. Механизмы подобной материальной нелинейности твердых тел сильно проявляются в динамическом режиме колебания .и подробно изучались в нелинейной акустике твердого тела.
В последние года начато изучение ноьих механизмов упругой нелинейности твердых тел, связанных с нелинейность» д-^опмации выделенных областей тела, вследствие, наличия в них специальных мэкромаситабных включений с -упругостью, отличной от упругости остального объема, а также дефектов тиль пор, серен, трепан, полостей и т.п. Обілим элементов локальной неоднородности подоби;;* сред является контактная граница раздела, относительное Дби^;-ие
ПОВерХНОСТей КОТОрОЙ МОКЄТ СОПрОоОЖДаТЬСЯ Существенно КеЛИНчЙ/іиУИ
упругими ггроцессами. Их исследование гг>.-дстаъллет значительней интерес с точки зрения создания искусственных материалов, обладании високими акустическими нелкк-иными свойствами.
Особое место в исследованиях по нелинейной акустико занимает изучение нелинейных свойств поверхностных акустических волн (ПАВ) и граничных волн различных типов. Это связано со спецификой развития акустической нелинейности вблизи границ и возможностью управлеЕіия этой нелинейностью путем изменения характеристик поверхностей и границ раздела твердых тел.
В настоящей работе приводятся результаты исследований нелинейных акустических свойств контактной границы раздела, которая реализуется при механическом контакте реальных плоских поверхностей твердых тел, контролируемым с помощью внешней нагрузки.
Цель работы состоит в определении оптимальных условий проявления механизмов акустическое нелинейности контактной границы (контактной акустической нелинейности (КАК)), изучение особенностей развития нелинейных явлений для граничных акустических волн в таких условиях, а также возможностей их использования для обработки сигналов в акустоэлектронике и диагностике дефектов при акустическом норазрушающем контроле.
Научная новизна диссертационной работы оггоеделяется следующими результатами:
1. С использованием методики 'нелинейного отражения найдено
акустическое поле второй гармоники Гуляева-Блуштейна (ВГБ) в
пъезокриоталлах. Установлено, что генерация второй гармоники SH -
поляризации запрещена и вторая гармоника ВГБ оказывается
поляризованной в вертикальной плоскости. Впервые получены
аналитические выражения для нелинейного параметра генерации второй
гармоники ВГБ и определена эффективность этого процесса.
2. Экспериментально наблюдалось возбуждение и распространение волн
Стоун ли (ВС) на 'контактной границе ЬШЪО, - стекло при
значительна величине контактного давления. Определены величины-коэффициентов отражения ВС от торцов образца с различны!/:* угла и среза. Показано, что с уменьшением сили трения на контактной граіице скорость волн Стоунли уменьшается.
-
Впервые наблюдалось нелинейное отражение ПАВ в твердых телах. Обнаружено, что отражение ПАВ от локально-неоднородного контакта сопровождается значительной перестройкой спектра волны: при высоких уровнях падающей волны наблюдалась инверсная композиция гармоник в отраженной ПАВ. Доказано, что нелинейность отражения ПАВ обусловлена эффективной генерацией гярмотмк в обратном направлении на контактной границе вследствие КАН. Установлено, что аналогичные проявления КАК приводят к эффективному рассеянию ПАВ от трещиноподобных дефектов.
-
Впервые экспериментально наблюдалась свертка встречных ПАВ на КАН. Установлено, что эффективность процесса более чем на четыре порядка выше, чем для пьезоэлектрической .нелинейности ЫНЪ03. Показаны практические возможнооіИ использования КАН для обработки сложных сигналов.
Практическая ценность работы состоит в разработке новых методик использования акустической нелинейности контактной границы для обработки сигналов и нераэрушаюцего контроля. Полученные в работе результаты демонстрирует бозмошіость значительного увеличения эффективности акустозлектронных' устройств свертки на ПАВ с использованием КАН. Показано, что в акустическом коньольвере на КАК мокно выполнить практические требования по однородности зазора в области взаимодействия и получать функцию свертки сложных радиосигналов. Установлено, что в нелинейном рехспме рассеяния акустических волн возможна преимущественная регистрац/я трещиноподобных дефектов - предвестников разрушения твердых :ел.
что представляет очевидный интерес для реализации новых систем акустической диагностики. Для неразрушавдего контроля фрикционных контактов важное значение имеют полученные результаты исследования волн Стоушш на скользящей контактной границе, а также разработанная в работе методика определения параметрон шероховатости поверхности твердых тел.
Апробирование работы. Основные результаты диссертационно! работа предегселялксь и обсуждались на XI Всесоюзной ак^стическо*
КЄ;:'?---рч>іі:И-.г (Г.-МиКЬП, 1991 Г.). XV ВСвСОЮЭНОЙ КОНфэрвНЦШ
"ік^ч.^ктрхпіка г. -физическая акустика твердого тела' (г.^пглгрэд, 1991 г.), 5 - Международной конференцій "Акустоэлектроника - 91"{ г.Варна, 1991 г.), курсах ШЕСКО "Совре-коннас проблеми радиофизики" (г.Москва, 1990 г.). Ультразвуково» симпозиуме IEEE (США, 1991 г.), научных семинарах кафедры акустию физического факультета МГУ»
Объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав заключения и списка литературы. Изложение материала каздой главі систематаэировано по параграфам. Работа содержит 84 страниц текста, 62 рисунка, 2 таблицы. Библиография содержит 91 наймет вания.
